1、摘 要光纖通信就是利用光纖來傳輸攜帶信息的光波以達(dá)到通信的目的。光纖通信具有通信容量大、傳輸速率高、使用壽命長，等諸多特點(diǎn)。因而得到了普遍的應(yīng)運(yùn)，其中光放大器是光纖系統(tǒng)中的重要組成部分。光纖放大器是指運(yùn)用于光纖通信線路中，實(shí)現(xiàn)信號放大的一種新型全光放大器。本論文介紹了摻鉺光纖放大器的相關(guān)理論。首先對光纖放大器的種類進(jìn)行大致的簡介，其次闡述了摻鉺光纖放大器的歷史和發(fā)展，以與對摻鉺光纖放大器工作原理進(jìn)行了介紹又介紹了仿真軟件Optisystem的使用與功能。重點(diǎn)關(guān)注了摻鉺光纖放大器的放大過程以與對摻餌光纖放大器各信道增益不平坦問題進(jìn)行了初步研究并分析。關(guān)鍵字：Optisystem；光纖通信；摻鉺光

2、纖放大器AbstractOptical fiber communication uses optical fiber to transmit information in order to achieve the purpose of communication. Optical fiber communication owns some advantages such as, the communication capacity, high transmission rate, long service life and so on. So it is widely used in opti

3、cal amplifier and it is an important part of optical fiber systems. Fiber amplifier is a kind of signal amplifier, which is used in optical fiber communication lines to achieve a novel all-optical.This paper introduces a theory of erbium doped fiber amplifier. First, it is introduce the kinds of fib

4、er amplifier.Secondly describes the history and development of erbium doped fiber amplifier, as well as working principle of the erbium-doped fiber amplifier.The functions and the use of simulation software Optisystem are also introduced in this paper. It focuses on the amplification process of erbi

5、um doped fiber amplifier and studies and analyzes the problem that the channel gain erbium-doped fiber amplifier is not flat.Keywords: Optisystem;Optical fiber communication; Erbium-doped fiber amplifier目 錄1 緒論11.1 光纖通信系統(tǒng)中放大技術(shù)11.1.1 光纖放大器的分類11.1.2 半導(dǎo)體光放大器21.1.3 光纖放大器41.2 摻鉺光纖放大器的發(fā)展歷史41.3 EDFA的發(fā)展方向52

6、 EDFA在密集波分復(fù)用系統(tǒng)中應(yīng)用72.1 波分復(fù)用（WDM）的基本概念72.1.1 波分復(fù)用系統(tǒng)的組成72.1.2 EDFA在WDM系統(tǒng)中的應(yīng)用82.1.3 WDM系統(tǒng)對EDFA的要求82.1.4 密集波分復(fù)用（DWDM）原理概述102.2 EDFA在密集波分復(fù)用（DWDM）系統(tǒng)中應(yīng)用的分析112.2.1 EDFA在DWDM系統(tǒng)中的作用和應(yīng)用方式112.2.2 DWDM中對EDFA的主要性能要求133 光通訊系統(tǒng)和放大器設(shè)計軟件OptiSystem153.1 獨(dú)特優(yōu)勢153.2 應(yīng)用領(lǐng)域153.3 功能說明164 摻鉺光纖放大器的工作原理與放大分析194.1摻鉺光纖放大器的介紹194.1.1

7、 EDFA的放大原理204.1.2 EDFA的基本性能214.2 EDFA的放大設(shè)計214.2.1 模型設(shè)計布局圖214.2.2 研究分析224.3 EDFA的優(yōu)缺點(diǎn)314.4 EDFA的主要應(yīng)用形式334.5 EDFA的增益特性33結(jié) 論36致 37參考文獻(xiàn)38附 錄39附錄 A 英文原文39附錄 B 中文翻譯4853 / 571 緒論1.1 光纖通信系統(tǒng)中放大技術(shù)1.1.1光纖放大器的分類光放大器的開發(fā)成功與其產(chǎn)業(yè)化是光纖通信技術(shù)中的一個非常重要的成果，它大促進(jìn)了光復(fù)用技術(shù)、光孤子通信以與全光網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展。顧名思義，光放大器就是放大光信號。在此之前，傳送信號的放大都是要實(shí)現(xiàn)光電變換與電光變換

8、，即O/E/O變換。有了光放大器后就可直接實(shí)現(xiàn)光信號放大。光放大器主要有3種：光纖放大器、拉曼放大器以與半導(dǎo)體光放大器。光纖放大器就是在光纖中摻雜稀土離子(如鉺、鐠、銩等)作為激光活性物質(zhì)。每一種摻雜劑的增益帶寬是不同的。摻鉺光纖放大器的增益帶較寬，覆蓋S、C、L頻帶，摻銩光纖放大器的增益帶是S波段；摻鐠光纖放大器的增益帶在1310nm附近。而喇曼光放大器則是利用喇曼散射效應(yīng)制作成的光放大器，即大功率的激光注入光纖后，會發(fā)生非線性效應(yīng)喇曼散射。在不斷發(fā)生散射的過程中，把能量轉(zhuǎn)交給信號光，從而使信號光得到放大。由此不難理解，喇曼放大是一個分布式的放大過程，即沿整個線路逐漸放大的。其工作帶寬可以說

9、是很寬的，幾乎不受限制。這種光放大器已開始商品化了，不過相當(dāng)昂貴。半導(dǎo)體光放大器(S0A)一般是指行波光放大器，工作原理與半導(dǎo)體激光器相類似。其工作帶寬是很寬的。但增益幅度稍小一些，制造難度較大。這種光放大器雖然已實(shí)用了，但產(chǎn)量很小。 迄今為止的光纖通信系統(tǒng)，為了拓長通信距離都需在通信線路中設(shè)置一定數(shù)量的中繼器，以便使衰減的光信號強(qiáng)度得到補(bǔ)充。而中繼器無一例外都是采用光 電光的轉(zhuǎn)換方式。中繼器的這種工作模式帶來了不少問題，如使得成本高，系統(tǒng)復(fù)雜，可靠性降低等。于是，人們設(shè)想，是否用光放大器直接進(jìn)行光信號放大，以實(shí)現(xiàn)全光通信。經(jīng)過多年的不懈努力，各種各樣的光放大器終于問世了。在光通信技術(shù)的發(fā)展進(jìn)

10、程中，不斷取得新的突破，其中尤以光放大器，特別是摻鉺光纖放大器（EDFA）的發(fā)明最為激動人心。它使光通信技術(shù)產(chǎn)生了革命性的變化：用相對簡單價廉的光放大器，代替長距離光纖通信系統(tǒng)中傳統(tǒng)使用的復(fù)雜昂貴的光電光混合式中繼器，從而可實(shí)現(xiàn)比特率與調(diào)制格式的透明傳輸， 升級換代也變得十分容易， 尤其是性能十分優(yōu)秀的 EDFA 與 WDM 技術(shù)的珠聯(lián)璧合，奠定了高速大容量WDM 光通信系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)大規(guī)模應(yīng)用的基礎(chǔ)。光放大器主要有兩類：光纖光放大器和半導(dǎo)體光放大器。光纖放大器又分為兩種，即摻稀土元素的光纖放大器和利用常規(guī)光纖的非線性效應(yīng)（如受激拉曼散射，受激希里淵散射等）的光放大器1。半導(dǎo)體光放大器主要是半導(dǎo)體

11、激光放大器。1.1.2 半導(dǎo)體光放大器1、半導(dǎo)體光放大器的結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體光放大器是一種把發(fā)光器件一一半導(dǎo)體激光器結(jié)構(gòu)作為放大裝置使用的器件，因為具有能帶結(jié)構(gòu)，所以其增益帶寬比采用光纖放大器的寬。另外，通過改變所使用的半導(dǎo)體材料的組成可以使波長使用圍超過100nm，這是半導(dǎo)體光放大器的一個突出特點(diǎn)。半導(dǎo)體光放大器由有源區(qū)和無源區(qū)構(gòu)成，有源區(qū)為增益區(qū)，使用Inp這樣的半導(dǎo)體材料制作，與半導(dǎo)體激光器的主要不同之處是SOA帶抗反射涂層，以防止放大器端面的反射，排除共振器功效。抗反射涂層就是在端面設(shè)置單層或多層介質(zhì)層。以平面波人射單層介質(zhì)層時，抗反射膜的條件相對于厚度為1/4波長。實(shí)際的放大器，傳輸光是數(shù)微

12、米的點(diǎn)光，可以研究假想波導(dǎo)模嚴(yán)格的無反射條件。去除端面反射影響的另一種方法，也可以采用使端面傾斜的方法和窗結(jié)構(gòu)。把光放大器作為光通信中繼放大器使用，入射光的偏振方向是無規(guī)則的，最好是偏振波依賴性小的放大器。為了消除這種偏振波依賴性，可以引人運(yùn)用窄條結(jié)構(gòu)使激活波導(dǎo)光路近似正方形斷面形狀的方法和施加抗應(yīng)力，以增大TM波增益的應(yīng)變量子阱結(jié)構(gòu)。目前，實(shí)現(xiàn)偏振無關(guān)半導(dǎo)體光放大器的方法有很多種，如應(yīng)變量子阱結(jié)構(gòu)、應(yīng)變補(bǔ)償結(jié)構(gòu)、同時采用應(yīng)變量子阱和壓應(yīng)變量子阱的混合應(yīng)變量子阱結(jié)構(gòu)等。采用脊型波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的應(yīng)變量子阱光放大器基本結(jié)構(gòu)圖。有源區(qū)4C3T采用混合應(yīng)變量子阱結(jié)構(gòu)，即4個壓應(yīng)變量子阱，3個應(yīng)變量子阱，壓應(yīng)

13、變和應(yīng)變量子阱之間用與LPN晶格匹配的寬的IaGaAsp壘層隔開上下波導(dǎo)層分別為波長1.15um的IaGaAsP匹配材料包層為p型Inp，接觸層為重P型摻雜IaGaAsP材料，材料的外延法生長過程中，n型摻雜源為硅烷，p型摻雜源為二甲基鋅材料；生長完成后，采用標(biāo)準(zhǔn)的光刻、反應(yīng)離子刻蝕、濕法腐蝕、蒸發(fā)、濺射等工藝制作脊型波導(dǎo)結(jié)構(gòu)。2、半導(dǎo)體光放大器的原理半導(dǎo)體光放大器的原理與摻稀土光纖放大器相似但也有不同，其放大特性主要取決于有源層的介質(zhì)特性和激光腔的特性。它雖也是粒子數(shù)反轉(zhuǎn)放大發(fā)光但發(fā)光的媒介是非平衡載流子即電子空穴對而非稀有元素。半導(dǎo)體的發(fā)光可根據(jù)激發(fā)方式的不同分為光致發(fā)光、電致發(fā)光和陰極發(fā)

14、光等。光致發(fā)光是指用半導(dǎo)體的光吸收作用來產(chǎn)生非平衡載流子，實(shí)際上是一種光向另一種光轉(zhuǎn)換的過程。電致發(fā)光是指用電學(xué)方法將非平衡載流子直接注人到半導(dǎo)體中而產(chǎn)生發(fā)光，這常借助于PN結(jié)來完成。在半導(dǎo)體中電子的能級限制在導(dǎo)帶和價帶兩個帶，在導(dǎo)帶中電子充當(dāng)移動載流子，在價帶中空穴充當(dāng)載流子。 半導(dǎo)體在外界激發(fā)下，可將價帶中的電子激發(fā)到導(dǎo)帶中，同時在價帶中留下空穴，所產(chǎn)生的電子和空穴分別躍遷到導(dǎo)帶底和價帶頂，這一過程只與晶格交換能量而不產(chǎn)生光發(fā)射，稱為無輻射躍遷，與此同時，導(dǎo)帶底的電子還要躍遷到價帶頂與空穴復(fù)合，并同時發(fā)射光子，二者形成動態(tài)平衡，與熱平衡狀態(tài)下的情況不同，這時的電子和空穴為非平衡載流子，載流

15、子的分布不再是費(fèi)米統(tǒng)計分布。由于電子從導(dǎo)帶底躍遷到價帶頂?shù)臅r間常數(shù)即輻射壽命與無輻射躍遷的時間常數(shù)相比相對較長，所以可以認(rèn)為電子和空穴各自保持熱平衡狀態(tài)，對載流子的這種準(zhǔn)平衡狀態(tài)分別用準(zhǔn)費(fèi)米能級和來表示。半導(dǎo)體的輻射躍遷包括自發(fā)躍遷和受激躍遷兩個過程。自發(fā)輻射躍遷是指占據(jù)高能態(tài)的電子可以自發(fā)地躍遷到低的空能態(tài)與空穴復(fù)合，同時發(fā)射一個光子，這一過程稱為自發(fā)輻射發(fā)光受激輻射躍遷是指與一個理想的光子相互作用后導(dǎo)致的受激輻射。這兩個過程類似于摻餌光纖放大器(EDFA)中的自發(fā)輻射和受激輻射過程。半導(dǎo)體在外界激勵下會產(chǎn)生非平衡載流子，半導(dǎo)體在泵浦光激勵下怎樣產(chǎn)生光放大為了盡可能簡單，假設(shè)半導(dǎo)體在0 K，

16、費(fèi)米能級在禁帶的中間位置，因此在Ep以下的每個有效能級上被電子充滿，則半導(dǎo)體將吸收子。如果半導(dǎo)體未受光泵浦激勵，則半導(dǎo)體將吸收光子，其實(shí)半導(dǎo)體的兩個能帶所扮演的角色類似于EDFA中的能帶E1和E2所起的作用，只是它的能帶比EDFA的能帶更寬。一個帶隙Ex把處在下面的導(dǎo)帶和上面的價帶分開，這樣，從一個能帶轉(zhuǎn)移到另一個能帶所發(fā)生的能量改變至少是Eg，因此，若hvE則半導(dǎo)體吸收光子，當(dāng)吸收了泵浦光子后就會在導(dǎo)帶中產(chǎn)生電子，而在價帶中留下空穴，然后電子和空穴都迅速向能帶的最底點(diǎn)弛豫，并通過發(fā)射一個能量為禁帶寬度能量的光子復(fù)合。如果泵浦源的強(qiáng)度越來越大，電子將會趨向于累積在導(dǎo)帶的底部，空穴趨向于累積在價

17、帶的頂部，直到電子空穴對的產(chǎn)生和復(fù)合達(dá)到動態(tài)平衡為止。如果假設(shè)帶馳豫過程比帶間復(fù)合速率快得多，那么可以利用準(zhǔn)費(fèi)米能級Epn和Epp來描述電子空穴的數(shù)目。于是導(dǎo)帶底和Epn之間的每個態(tài)都被添滿，而價帶頂和之間的所有態(tài)都是空的，從而實(shí)現(xiàn)光放大。通過適當(dāng)?shù)倪x擇半導(dǎo)體材料，就可獲得能使發(fā)射或吸收波長處于光通信所需要的圍(如1300nm或1550nm)的帶隙。1.1.3 光纖放大器光纖放大器不但可對光信號進(jìn)行直接放大，同時還具有實(shí)時、高增益、寬帶、在線、低噪聲、低損耗的全光放大功能，是新一代光纖通信系統(tǒng)中必不可少的關(guān)鍵器件；由于這項技術(shù)不僅解決了衰減對光網(wǎng)絡(luò)傳輸速率與距離的限制，更重要的是它開創(chuàng)了155

18、0nm頻段的波分復(fù)用，從而將使超高速、超大容量、超長距離的波分復(fù)用（WDM）、密集波分復(fù)用（DWDM）、全光傳輸、光孤子傳輸?shù)瘸蔀楝F(xiàn)實(shí)，是光纖通信發(fā)展史上的一個劃時代的里程碑。在目前實(shí)用化的光纖放大器中主要有摻鉺光纖放大器（EDFA）、半導(dǎo)體光放大器（SOA）和光纖拉曼放大器（FRA）等，其中摻鉺光纖放大器以其優(yōu)越的性能現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于長距離、大容量、高速率的光纖通信系統(tǒng)、接入網(wǎng)、光纖CATV網(wǎng)、軍用系統(tǒng)（雷達(dá)多路數(shù)據(jù)復(fù)接、數(shù)據(jù)傳輸、制導(dǎo)等）等領(lǐng)域，作為功率放大器、中繼放大器和前置放大器。光纖放大器一般都由增益介質(zhì)、泵浦光和輸入輸出耦合結(jié)構(gòu)組成。目前光纖放大器主要有摻鉺光纖放大器、半導(dǎo)體光放大器

19、和光纖拉曼放大器三種，根據(jù)其在光纖網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用，光纖放大器主要有三種不同的用途：在發(fā)射機(jī)側(cè)用作功率放大器以提高發(fā)射機(jī)的功率；在接收機(jī)之前作光預(yù)放大器以極提高光接收機(jī)的靈敏度；在光纖傳輸線路中作中繼放大器以補(bǔ)償光纖傳輸損耗，延長傳輸距離。1.2摻鉺光纖放大器的發(fā)展歷史摻鉺光纖放大器(Erbium Doped Fiber Amplifier ，縮寫為EDFA)是90年代開始在光纖傳輸系統(tǒng)中應(yīng)用的新型器件，它的推廣應(yīng)用為光纖通信技術(shù)帶來了一場革命。摻鉺光纖主要在1.55um波段的應(yīng)用的有源光纖的研究基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。前期的工作是研究光纖激光器和研究摻稀土元素光纖，后來發(fā)現(xiàn)了在光纖中摻鉺元素能夠?qū)崿F(xiàn)放

20、大的作用，其工作波長對應(yīng)于光纖的1.55um傳輸波長，人們用摻鉺光纖制作成功摻鉺光纖放大器。何謂CATV用摻鉺光纖放大器它的應(yīng)用狀況如何？在近幾年來，光纖CATV系統(tǒng)特別是1500nm光纖CATV系統(tǒng)包括模擬系統(tǒng)和數(shù)字系統(tǒng)在我們國家迅速發(fā)展，摻鉺光纖放大器在光纖CATV系統(tǒng)中也得到了廣泛應(yīng)用。功率放大器是在CATV系統(tǒng)的前端將發(fā)射機(jī)的輸出光放大后再進(jìn)行分配，以供各方向的光纖干線傳輸用。功率放大器與功率分配器也可考慮做成兩段重復(fù)使用2。從遠(yuǎn)離前端處將光纖干線分支時，可在分支前面接入摻鉺光纖放大器，作為線路放大器，以補(bǔ)償分支損耗。在光纖傳輸網(wǎng)絡(luò)管理中如何實(shí)現(xiàn)對摻鉺光纖放大器的監(jiān)控。光纖放大器作為整

21、個系統(tǒng)的一個功能模塊，納入網(wǎng)管系統(tǒng)的方法一般有兩種：其一是通過光纖放大器的232C接口電路將光纖放大器的性能參數(shù)和告警信息傳輸給網(wǎng)管系統(tǒng)，進(jìn)行統(tǒng)一管理，顯示和處置。其二是由光纖放大器的開關(guān)量信息接口向網(wǎng)管系統(tǒng)送開關(guān)量信息進(jìn)行管理顯示。在工程實(shí)踐中已采用過這兩種成功的方法。何謂DWDM用增益平坦摻鉺光纖放大器？它的應(yīng)用狀況如何？采用在1550nm窗口附近的密集型WDM技術(shù)是擴(kuò)大現(xiàn)有光纖通信能力的最有效的方法。增益平坦型光纖放大器是DWDM傳輸系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，可以十分有效地解決由于光波分復(fù)用/解復(fù)用帶來的插入損耗，使WDM系統(tǒng)的中繼問題變得十分簡單。由于EDFA具有40nm的工作帶寬，它可以同時放

22、大多個波長不同的光信號，因此它可以十分方便地應(yīng)用于DWDM系統(tǒng)中，補(bǔ)償各種光衰耗。模塊是集成化的摻鉺光纖放大器，如圖1.1所示。圖1.1 EDFA部方塊圖1.3 EDFA 的發(fā)展方向EDFA 的發(fā)展方向 EDFA 從C波段( conventional band )15301560nm(常規(guī)的 ED-FA)向L波段(long wavelength band)15701605nm發(fā)展，可采用摻鉺氟化物光纖放大器 (EDFFA)，帶寬可達(dá)75nm；采用碲化物EDFA，帶寬可達(dá)76nm；采用增益位移摻鉺光纖放大器(GS-EDFA)，通過控制摻鉺光纖的鉺粒子數(shù)反轉(zhuǎn)程度，可在15701600nm 波段實(shí)現(xiàn)

23、放大，它與普通的EDFA 組合，可得到帶寬約80nm的寬帶放大器；采用覆蓋 C波段和L波段的超寬帶光放大器(UWOA)，可用帶寬80nm，能在單根光纖上放大100多路波長信道；采用常規(guī)EDFA和擴(kuò)帶光纖放大器(EBFA)組成的基于摻鉺光纖的雙帶光纖放大器(DBFA)，工作波長為15281610nm；將局部平坦的EDFA與光纖拉曼放大器串聯(lián)使用，可獲得帶寬高于100nm的超寬帶增益平坦放大器；EDFA 應(yīng)具有動態(tài)增益平坦特性的小型化、集成化方向發(fā)展。EDFA是目前與未來一段時間放大器的主要選擇，在骨干網(wǎng)和城域網(wǎng)/接入網(wǎng)中發(fā)揮著關(guān)鍵性作用。但EDFA級聯(lián)噪聲大以與帶寬受限，它與DRA混合使用，在長

24、距離、大容量傳輸中是當(dāng)前的一種優(yōu)秀方案。FRA：寬帶、低噪聲、抑制非線性、提高傳輸距離，進(jìn)行色散補(bǔ)償?shù)龋貙⒊蔀橄乱淮夥糯笃鞯闹髁鳌３怯蚓W(wǎng)/接入網(wǎng)中光放大器目前具有競爭力的技術(shù)為Mini EDFA、EDWA 和 SOA 技術(shù)，這種低價放大器正在標(biāo)準(zhǔn)化。隨城域網(wǎng)建設(shè)的興起，光放大器在低價領(lǐng)域必有一番作為3。2 EDFA在密集波分復(fù)用系統(tǒng)中應(yīng)用2.1波分復(fù)用（WDM）的基本概念2.1.1波分復(fù)用系統(tǒng)的組成光通信系統(tǒng)可以按照不同的方式進(jìn)行分類。如果按照信號的復(fù)用方式來進(jìn)行分類，可分為頻分復(fù)用系統(tǒng)（FDM-Frequency Division Multiplexing ）、時分復(fù)用系統(tǒng)（TDM-Ti

25、me Division Multiplexing）、波分復(fù)用系統(tǒng)（WDMWavelength Division Multiplexing）和空分復(fù)用系統(tǒng)（SDM-Space Division Multiplexing）。所謂頻分、時分、波分和空分復(fù)用，是指按頻率、時間、波長和空間來進(jìn)行分割的光通信系統(tǒng)。應(yīng)當(dāng)說，頻率和波長是緊密相關(guān)的，頻分也即波分，但在光通信系統(tǒng)中，由于波分復(fù)用系統(tǒng)分離波長是采用光學(xué)分光元件，它不同于一般電通信中采用的濾波器，所以我們?nèi)詫烧叻殖蓛蓚€不同的系統(tǒng)。波分復(fù)用是光纖通信中的一種傳輸技術(shù)，它利用了一根光纖可以同時傳輸多個不同波長的光載波的特點(diǎn)，把光纖可能應(yīng)用的波長圍劃分

26、成若干個波段，每個波段作一個獨(dú)立的通道傳輸一種預(yù)定波長的光信號。光波分復(fù)用的實(shí)質(zhì)是在光纖上進(jìn)行光頻分復(fù)用（OFDM），只是因為光波通常采用波長而不用頻率來描述、監(jiān)測與控制。隨著電-光技術(shù)的向前發(fā)展，在同一光纖中波長的密度會變得很高。因而，使用術(shù)語密集波分復(fù)用（ DWDM-Dense Wavelength Division Multiplexing），與此對照，還有波長密度較低的WDM系統(tǒng)，較低密度的就稱為稀疏波分復(fù)用（CWDM-Coarse Wave Division Multiplexing）。這里可以將一根光纖看作是一個“多車道”的公用道路，傳統(tǒng)的 TDM系統(tǒng)只不過利用了這條道路的一條車道

27、，提高比特率相當(dāng)于在該車道上加快行駛速度來增加單位時間的運(yùn)輸量。而使用 DWDM 技術(shù)，類似利用公用道路上尚未使用的車道，以獲取光纖中未開發(fā)的巨大傳輸能力。WDM系統(tǒng)組成。光波長轉(zhuǎn)換單元（OTU）將非標(biāo)準(zhǔn)的波長轉(zhuǎn)換為ITU-T所規(guī)的標(biāo)準(zhǔn)波長，系統(tǒng)中應(yīng)用光/電/光（O/E/O）的變換，即先用光電二極管PIN或APD把接收到的光信號轉(zhuǎn)換為電信號，然后該電信號對標(biāo)準(zhǔn)波長的激光器進(jìn)行調(diào)制，從而得到新的合乎要求的光波長信號。波分復(fù)用器可分為發(fā)端的光合波器。光合波器用于傳輸系統(tǒng)的發(fā)送端，是一種具有多個輸入端口和一個輸出端口的器件，它的每一個輸入端口輸入一個預(yù)選波長的光信號，輸入的不同波長的光波由同一輸出端

28、口輸出。光分波器用于傳輸系統(tǒng)的接收端，正好與光合波器相反，它具有一個輸入端口和多個輸出端口，將多個不同波長信號分類開來。光放大器不但可以對光信號進(jìn)行直接放大，同時還具有實(shí)時、高增益、寬帶、在線、低噪聲、低損耗的全光放大器，是新一代光纖通信系統(tǒng)中必不可少的關(guān)鍵器件。在目前實(shí)用的光纖放大器中主要有摻鉺光纖放大器（EDFA）、半導(dǎo)體光放大器（SOA）和光纖拉曼放大器（FRA）等，其中摻鉺光纖放大器以其優(yōu)越的性能被廣泛應(yīng)用于長距離、大容量、高速率的光纖通信系統(tǒng)中，作為前置放大器、線路放大器、功率放大器使用。光監(jiān)控信道是為WDM的光傳輸系統(tǒng)的監(jiān)控而設(shè)立的。ITU-T 建議優(yōu)選采用1510nm波長，容量為

29、2Mbit/s。靠低速率下高的接收靈敏度（優(yōu)于 50dBm）仍能正常工作。但必須在EDFA之前下光路，而在EDFA之后上光路4。2.1.2 EDFA在WDM系統(tǒng)中的應(yīng)用EDFA在WDM系統(tǒng)中可以作為前置放大器、線路放大器和功率放大器。EDFA作前置放大器時，放在光接收機(jī)之前，以提高光接收機(jī)的靈敏度，一般工作于小信號或線性狀態(tài)，信號輸入功率約40dBm。要求EDFA的增益足夠高，噪聲系數(shù)則越小越好。 EDFA用作線路放大器時，可以直接插入到光纖傳輸鏈路中作為光中繼放大器，省去了電中繼器的光電光轉(zhuǎn)換過程，直接放大光信號，以補(bǔ)償傳輸線路損耗，延長中繼距離。一般工作在近飽和區(qū)，信號輸入功率約20dBm

30、。要求EDFA同時具有較高的增益和輸出光功率，還應(yīng)有對其工作狀態(tài)的實(shí)時監(jiān)控。EDFA作為功率放大器時，裝在光發(fā)送機(jī)之后，對光源發(fā)出的光信號進(jìn)行放大，以補(bǔ)償無源光器件的損耗和提高發(fā)送光功率。通常工作于深飽和區(qū)，要求EDFA在保持適中的增益和噪聲系數(shù)下，能提供盡可能高的輸出光功率，必要時可用雙泵浦。2.1.3WDM系統(tǒng)對EDFA的要求為了確保WDM系統(tǒng)的傳輸質(zhì)量，WDM系統(tǒng)中使用的EDFA應(yīng)具有足夠的帶寬、平坦的增益、低噪聲系數(shù)和高輸出功率。1、 EDFA增益帶寬目前，EDFA可用增益頻譜圍為l530l565nm，增益帶寬為35nm左右，可以滿足432信道的WDM系統(tǒng)。如果希望進(jìn)一步增大帶寬，以利

31、用波長資源，則必須開發(fā)新型的光放大器。2、 WDM系統(tǒng)對EDFA增益平坦度的要求EDFA的增益平坦度(GF)是指在整個可用增益的帶寬，最大增益波長點(diǎn)的增益與最小增益波長點(diǎn)的增益之差。在WDM系統(tǒng)中，要求EDFA的GF越小越好。一般EDFA在它的工作波段存在著一定的增益起伏，即不同波長所得到的增益不同。雖然增益差值不大，但當(dāng)多個EDFA級聯(lián)應(yīng)用時，這種增益差值會線性積累，嚴(yán)重時，信號到達(dá)接收端后，有些高增益信道的接收光功率過大使接收機(jī)過載，而某些低增益信道的接收光功率過小而達(dá)不到接收機(jī)靈敏度。因此，要使各信道上的增益偏差處于允許圍，放大器的增益就必須平坦。使光纖放大器增益平坦的技術(shù)有兩種途徑：一

32、是增益均衡技術(shù)；二是光纖技術(shù)。（1）增益均衡技術(shù)增益均衡技術(shù)是利用損耗特性與放大器的增益波長特性相反的增益均衡器來抵消增益的不均勻性，這種技術(shù)的關(guān)鍵在于放大器的增益曲線和均衡器的損耗特性精密吻合，使綜合特性平坦。增益均衡技術(shù)可以分為固定式的和動態(tài)的。現(xiàn)階段實(shí)用化的固定式增益平坦技術(shù)主要有光纖光柵技術(shù)和介質(zhì)多層薄膜濾波器技術(shù)等。增益均衡用的光纖光柵是一種長周期光纖光柵。其光柵周期一般為數(shù)百微米。通過多個長周期的光柵組合，可以構(gòu)成具有與EDFA增益波長特性相反的增益均衡器。使用該技術(shù)，在15281568nm的40nm帶寬，可以實(shí)現(xiàn)增益偏差在5以的帶寬增益平坦的EDFA。動態(tài)的增益均衡技術(shù)是指動態(tài)增

33、益可調(diào)的增益平坦濾波器技術(shù)，主要有法拉第旋轉(zhuǎn)體型增益可調(diào)濾波器技術(shù)、波導(dǎo)MZ型增益可調(diào)型濾波器技術(shù)、陣列波導(dǎo)型動態(tài)增益可調(diào)濾波器技術(shù)和聲光型動態(tài)增益可調(diào)濾波器技術(shù)等。（2）光纖技術(shù)所謂光纖技術(shù)是指通過改變光纖材料或者利用不同光纖的組合來改變EDF的特性，從而改善EDFA的增益平坦性。可分為濾波器型和本征型兩類。濾波器型是在EDFA中插無源濾波器將1530nm的增益峰降低，或?qū)ｉT設(shè)計其透射譜與EDFA增益譜相反的光濾波器將增益譜削平，但濾波器型結(jié)構(gòu)工藝都較復(fù)雜，附加損耗大，輸出功率會減小。本征型是在EDFA中摻入別的雜質(zhì)(如摻鋁EDFA、摻釔EDFA)或改變EDF基質(zhì)(如氟化物EDFA、碲化物E

34、DFA)。其最大優(yōu)點(diǎn)是無需制作和引入附加元件。（3）EDFA增益特性的優(yōu)化技術(shù)。采用放大波段的增益控制和光譜均衡方法，能取得EDFA增益特性優(yōu)化的良好結(jié)果。EDFA的增益控制技術(shù)有許多種，典型的有控制泵浦源增益的方法，EDFA部的監(jiān)測電路通過監(jiān)測輸入和輸出功率的比值來控制泵浦源的輸出，當(dāng)輸入波長某些信號丟失時，輸入功率會減小，輸出功率和輸入功率的比值會增加，通過反饋電路，降低泵浦源的輸出功率，保持(輸出輸入)增益不變，從而使EDFA的總輸出功率減少，保持輸出信號電平的穩(wěn)定。另外，還有飽和波長的方法。在發(fā)送端，除了傳輸信號的工作波長外，系統(tǒng)還發(fā)送另一個波長作為飽和波長。在正常情況下，該波長的輸出

35、功率很小，當(dāng)線路的某些信號失去時，飽和波長的輸出功率會自動增加，用以補(bǔ)償丟失的各波長信號的能量，從而保持EDFA輸出功率和增益保持恒定。當(dāng)線路的多波長信號恢復(fù)時，飽和波長的輸出功率會相應(yīng)減少，這種方法直接控制飽和波長激光器的輸出，速度較控制泵浦源要快一些。（4）安全要求。在某些情況下，光放大器的輸出功率非常高，可能非常接近光纖安全功率的極限。因此，對于含有光放大器的WDM系統(tǒng)，安全特別重要。ITU-T建議規(guī)定：單路或合路入纖最大光功率電平為+17dBm。對鏈路切斷情況下可能引起的強(qiáng)烈“浪涌”效應(yīng)更應(yīng)加以重視，必須保證系統(tǒng)能夠與時關(guān)閉泵浦源和系統(tǒng)，以防止對系統(tǒng)造成損5。2.1.4密集波分復(fù)用（D

36、WDM）原理概述DWDM 技術(shù)是利用單模光纖的帶寬以與低損耗的特性，采用多個波長作為載波，允許各載波信道在光纖同時傳輸。與通用的單信道系統(tǒng)相比，密集WDM（DWDM）不僅極提高了網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的通信容量，充分利用了光纖的帶寬，而且它具有擴(kuò)容簡單和性能可靠等諸多優(yōu)點(diǎn)，特別是它可以直接接入多種業(yè)務(wù)更使得它的應(yīng)用前景十分光明。在模擬載波通信系統(tǒng)中，為了充分利用電纜的帶寬資源，提高系統(tǒng)的傳輸容量，通常利用頻分復(fù)用的方法。即在同一根電纜中同時傳輸若干個頻率不同的信號，接收端根據(jù)各載波頻率的不同利用帶通濾波器濾出每一個信道的信號。同樣，在光纖通信系統(tǒng)中也可以采用光的頻分復(fù)用的方法來提高系統(tǒng)的傳輸容量。事實(shí)上，這

37、樣的復(fù)用方法在光纖通信系統(tǒng)中是非常有效的。與模擬的載波通信系統(tǒng)中的頻分復(fù)用不同的是，在光纖通信系統(tǒng)中是用光波作為信號的載波，根據(jù)每一個信道光波的頻率（或波長）不同將光纖的低損耗窗口劃分成若干個信道，從而在一根光纖中實(shí)現(xiàn)多路光信號的復(fù)用傳輸。由于目前一些光器件（如帶寬很窄的濾光器、相干光源等）還不很成熟，因此，要實(shí)現(xiàn)光信道非常密集的光頻分復(fù)用（相干光通信技術(shù)）是很困難的，但基于目前的器件水平，已可以實(shí)現(xiàn)相隔光信道的頻分復(fù)用。人們通常把光信道間隔較大（甚至在光纖不同窗口上）的復(fù)用稱為光波分復(fù)用（WDM），再把在同一窗口道間隔較小的DWDM稱為密集波分復(fù)用（DWDM）。隨著科技的進(jìn)步，現(xiàn)代的技術(shù)已經(jīng)

38、能夠?qū)崿F(xiàn)波長間隔為納米級的復(fù)用，甚至可以實(shí)現(xiàn)波長間隔為零點(diǎn)幾個納米級的復(fù)用，只是在器件的技術(shù)要求上更加嚴(yán)格而已，因此把波長間隔較小的8個波、16個波、32乃至更多個波長的復(fù)用稱為 DWDM。ITU-T G.692 建議，DWDM 系統(tǒng)的絕對參考頻率為193.1THz（對應(yīng)的波長1552.52nm），不同波長的頻率間隔應(yīng)為100GHz的整數(shù)倍（對應(yīng)波長間隔約為0.8nm的整數(shù)倍）。DWDM系統(tǒng)的構(gòu)成，發(fā)送端的光發(fā)射機(jī)發(fā)出波長不同而精度和穩(wěn)定度滿足一定要求的光信號，經(jīng)過光波長復(fù)用器復(fù)用在一起送入摻鉺光纖功率放大器（摻鉺光纖放大器主要用來彌補(bǔ)合波器引起的功率損失和提高光信號的發(fā)送功率），再將放大后的

39、多路光信號送入光纖傳輸，中間可以根據(jù)情況決定有或沒有光線路放大器，到達(dá)接收端經(jīng)光前置放大器（主要用于提高接收靈敏度，以便延長傳輸距離）放大以后，送入光波長分波器分解出原來的各路光信號6。2.2EDFA在密集波分復(fù)用（DWDM）系統(tǒng)中應(yīng)用的分析2.2.1EDFA在DWDM系統(tǒng)中的作用和應(yīng)用方式EDFA是目前光放大器市場的主流品種，在DWDM系統(tǒng)、接入網(wǎng)和有線電視領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，在CATV系統(tǒng)常作為功率放大器以提高發(fā)射機(jī)的功率，使發(fā)射機(jī)覆蓋的用戶數(shù)大大增加，也可作為光纖線路的中繼放大器，以補(bǔ)償光分路器與線路損耗，使傳輸距離大大增加。光纖放大器與其他放大器比較，具有輸出功率大、增益高、工作帶寬寬、

40、與偏振無關(guān)、噪聲指數(shù)低、放大特性與系統(tǒng)比特率、數(shù)據(jù)格式無關(guān)等特點(diǎn)，它已成為新一代光通信系統(tǒng)的關(guān)鍵器件之一。摻鉺光纖放大器用在系統(tǒng)發(fā)射機(jī)輸出短，提高發(fā)送功率，延長傳輸距離；用在光纖傳輸鏈路中，補(bǔ)償光能量的損失，可增加傳輸距離；用在光接收機(jī)前，對信號進(jìn)行預(yù)防大，可提高光接收機(jī)靈敏度。應(yīng)用圍包括干線高速光通信系統(tǒng)、海纜系統(tǒng)、本地網(wǎng)、用戶接入網(wǎng)、摻鉺光纖放大器作為功率放大器有許多特殊功能是電子線路放大器所不能比擬的，分述如下：1.1 摻鉺光纖放大器可用作數(shù)字、模擬以與相干光通信的功率放大器。即如果線路上已采用摻鉺光纖放大器做功率放大器，那么，不管它需要傳輸數(shù)字信號還是傳輸模擬信號，不必改變摻鉺光纖放大

41、器線路設(shè)備。 1.2 摻鉺光纖放大器可傳輸不同的碼率。如果需要擴(kuò)容，由低碼率改變?yōu)楦叽a率時，不必改變摻鉺光纖放大器線路設(shè)備。 1.3 摻鉺光纖放大器做功率放大器，可在不改變原有噪聲特性和誤碼率的前提下，直接放大數(shù)字、模擬活二者混合的數(shù)據(jù)格式，特別適合光纖傳輸網(wǎng)絡(luò)升級。實(shí)現(xiàn)語音、圖像、數(shù)據(jù)同網(wǎng)傳輸，不必改變摻鉺光纖放大器線路設(shè)備。1.4 一個摻鉺光纖放大器可同時傳輸若干波長的光信號，即用光波復(fù)用擴(kuò)容時，不必改變摻鉺光纖放大器線路設(shè)備。實(shí)踐證明，使用摻鉺光纖放大器的光纖干線傳輸，經(jīng)過近千公里的傳輸后的誤碼率人能達(dá)到。如果采用飽和功率為18dBm的放大器，可是實(shí)現(xiàn)160200km無中繼通信。如果有必

42、要，還可將中繼距離延長更遠(yuǎn)。 1、前置放大器把摻鉺光纖放大器置于光接收機(jī)關(guān)監(jiān)測器前面。來自光纖的光信號經(jīng)摻鉺光纖放大器放大后再由光檢測器檢測。由于摻鉺光纖放大器的信噪比由于電子放大器，所以用摻鉺光纖放大器作預(yù)放大器的光接收機(jī)具有較高的靈敏度，其靈敏度甚至不亞于相干光接收機(jī)的。2、線路放大器把摻鉺光纖放大器至于光纖傳輸線路中，將已被衰減了的小信號進(jìn)行放大，可以大大延長傳輸距離，也成為中繼放大器。線路放大器的顯著優(yōu)點(diǎn)是增益高，通常大于30dB。由于可以級聯(lián)使用，特別適合海底遠(yuǎn)程通信和陸地超長距離傳輸使用。使用線路放大器必須解決遠(yuǎn)程監(jiān)控問題，國際標(biāo)準(zhǔn)化組織已制定出多種監(jiān)控標(biāo)準(zhǔn)，可以按照標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)

43、控。3、用戶接入網(wǎng)中的光纖放大器光纖放大器在用戶接入網(wǎng)中也占有重要地位。在光纖用戶網(wǎng)中，雖然用戶系統(tǒng)的距離較短，但是用戶網(wǎng)的分子太多，光線干線中的光信號功率要進(jìn)行眾多的分配，甚至是多級進(jìn)行分配。這樣一來被分配到每個分支獲得光信號就相當(dāng)?shù)娜酰荒鼙ＷC用戶的終端設(shè)備的接收質(zhì)量。為此，需要將光信號進(jìn)行放大，這就需要光纖放大器。將光纖放大器置于光發(fā)射機(jī)后端，以提高入纖的光功率，使整個線路系統(tǒng)的光功率得到提高，以滿足各級需要，這就要用到光纖功率放大器。在用戶網(wǎng)中，當(dāng)用戶系統(tǒng)距離過長時需要使用線路放大器；為了提高各支路的光功率分配數(shù)量，也要使用這類放大器。總之，光線放大器在用戶接入網(wǎng)中主要是提高光信號的功

44、率，即可以補(bǔ)償光耦合器燈光器件所造成的光損耗，又可以大大提高用戶數(shù)量以與復(fù)用密度，對降低用戶網(wǎng)建設(shè)成本也會起到很大作用。摻鉺光纖放大器在密集波分復(fù)用系統(tǒng)中的應(yīng)用主要是補(bǔ)償傳輸中的光纖損耗，根據(jù)放大器在系統(tǒng)中的位置與作用，可以分成以下三種類型：1.功率放大器（booster-Amplifier），處于合波器之后，用于對合波以后的多個波長信號進(jìn)行功率提升，然后再進(jìn)行傳輸，由于合波后的信號功率一般都比較大，所以，對一功率放大器的噪聲指數(shù)、增益要求并不是很高，但要求放大后，有比較大的輸出功率。2.線路放大器（Line-Amplifier），處于功率放大器之后，用于周期性地補(bǔ)償線路傳輸損耗，一般要求比較

45、小的噪聲指數(shù)，較大的輸出光功率。3.前置放大器（Pre-Amplifier），處于分波器之前，線路放大器之后，用于信號放大，提高接收機(jī)的靈敏度（在光信噪比(OSNR)滿足要求情況下，較大的輸入功率可以壓制接收機(jī)本身的噪聲，提高接收靈敏度），要求噪聲指數(shù)很小，對輸出功率沒有太大的要求7。2.2.2 DWDM中對EDFA的主要性能要求為了滿足在密集波分復(fù)用系統(tǒng)中應(yīng)用的要求，摻鉺光纖放大器的性能和功能上有其特殊的要求，光信號傳輸后最重要的一個指標(biāo)是光信噪比（OSNR）。摻鉺光纖放大器除了放大輸入的光信號之外，還產(chǎn)生ASE噪聲，可以等效成一個理想的增益為G的放大器，和一個功率為Pase的噪聲源相疊加。

46、對于一個N個放大器的級聯(lián)系統(tǒng)，每一級放大器將前一級的ASE噪聲放大G倍，同時疊加上本身產(chǎn)生的ASE噪聲，噪聲逐級積累，于是，光信噪比（OSNR）將逐級劣化。光信噪比定義：OSNR = Psig / Pase可以看出，可以通過提高每個信道的光功率即提高摻鉺光纖放大器的總輸出功率來提高光信噪比，也可以通過降低放大了大自發(fā)輻射噪聲（ASE噪聲）來提高光信噪比。對于一個N段光纖的系統(tǒng)，有N+1個光放大器級聯(lián)，假設(shè)每一級放大器都一樣，每一段光纖損耗都等于放大器的增益，那么，終端的放大了的自發(fā)輻射噪聲Pase = F（G-1）hvB0（N+1）可以看出Pase隨放大器的級數(shù)線性增長，而光纖的損耗是隨著光纖

47、長度增長呈指數(shù)增長，根據(jù)假設(shè)，放大器的增益正好補(bǔ)償光纖損耗，可以得出以下結(jié)論：Pase不變時，降低中繼長度（即降低摻鉺光纖放大器增益），增加中繼個數(shù)（即增加摻鉺光纖放大器級聯(lián)個數(shù)），要比增加中繼長度，減少中繼個數(shù)傳輸更遠(yuǎn)的距離。換一個角度說，傳輸距離一樣的情況下，降低中繼長度，增加中繼個數(shù)，要比增加中繼長度，減少中繼個數(shù)時有較小的Pase，即提高了接收端光信噪比（OSNR）。另外，在系統(tǒng)設(shè)計中，除了選擇中繼距離外，選用噪聲指數(shù)小的摻鉺光纖放大器也是提高光信噪比的一種有效的方法。在密集波分復(fù)用系統(tǒng)中為了容納更多的信道，提高系統(tǒng)容量，有兩種方法：一種是降低信道的間隔；另一種是拓展摻鉺光纖放大器的工

48、作波長圍。在拓展工作波長圍的同時，還必須保證在工作波長圍增益平坦，因為摻鉺光纖放大器是級聯(lián)使用的，每一級小的不平坦，在多級級聯(lián)后，就會變得很不平坦，造成在線路終端的各個信道功率差別太大。摻鉺光纖放大器的增益特性是小輸入光信號增益大，大輸入光信號時增益小，在密集波分復(fù)用系統(tǒng)中，如果不對線路光纖放大器的增益進(jìn)行控制的話，那么，在輸入信道少時（小輸入光信號）的增益要比輸入信道多時（大輸入光信號）增益大，這會造成輸入信道少時，每個信道輸出功率大，在極端情況下，只有一個輸入信道，那么，就有可能造成輸出光信號足夠大，在光纖傳輸中產(chǎn)生非線性失真。因此，線路放大器必須具有增益鎖定功能，保證在輸入是大信號和小信

49、號時，增益都是一樣的，即每個信道的輸出光功率在輸入信道增減時都保持恒定。3 光通訊系統(tǒng)和放大器設(shè)計軟件OptiSystem在成本效力和生產(chǎn)效率對于成功至關(guān)重要的光通訊工業(yè)里，獲獎軟件OptiSystem可以在光通訊系統(tǒng)、連接和元件的設(shè)計中最小化時間需要和降低成本。OptiSystem是一款新穎的、高速發(fā)展的、功能強(qiáng)大的軟件設(shè)計工具，能使用戶在從LAN，SAN，MAN到ultra-long-haul的寬光譜光網(wǎng)絡(luò)的傳輸層上進(jìn)行設(shè)計、測試和模擬計劃所有類型的光連接。它提供從元件到系統(tǒng)水平在傳輸層光通訊系統(tǒng)設(shè)計和預(yù)研，同時呈現(xiàn)可視化的分析與特定結(jié)果。結(jié)合其它Optiwave產(chǎn)品和工業(yè)中主要電子設(shè)計軟

50、件的工具，使OptiSystem加快您的產(chǎn)品投放市場的速度和減小回報周期。3.1 獨(dú)特優(yōu)勢：提供全面的系統(tǒng)性能洞察；評估參量靈敏度以輔助設(shè)計容差規(guī)格；為潛在客戶真實(shí)呈現(xiàn)設(shè)計選項和細(xì)節(jié)；為廣泛的系統(tǒng)特征參數(shù)的設(shè)定提供簡單接口；提供自動參數(shù)掃描和優(yōu)化；結(jié)合廣泛應(yīng)用的Optiwave產(chǎn)品。3.2 應(yīng)用領(lǐng)域：OptiSystem為不斷演化的光子市場提供功能強(qiáng)大容易使用的光系統(tǒng)設(shè)計工具，滿足研發(fā)科學(xué)家、光通訊工程師、系統(tǒng)管理員、學(xué)生與各類其它用戶的需要。OptiSystem使用戶可以設(shè)計、測試、和模擬：WNM/TDM 或CATV網(wǎng)絡(luò)設(shè)計，SONET/SDH環(huán)設(shè)計，發(fā)射系統(tǒng)、信道、放大器、和接收系統(tǒng)設(shè)計，

51、色散圖設(shè)計，評估BER和不同接收模型的系統(tǒng)代價，放大系統(tǒng)BER和連接開支計算。3.3 功能說明：1 Component Library(元件庫)OptiSystem元件庫包含數(shù)百給元件，使你可以輸入從實(shí)際設(shè)備中測得的參數(shù)。它結(jié)合來自不同廠商的測試測量設(shè)備。用戶可以合并新的元件基于子系統(tǒng)和用戶自定義庫，或者利用與第三方模擬工具如MATLAB或SPICE的聯(lián)合模擬。2 結(jié)合Optiwave軟件工具OptiSystem允許客戶采用特殊的Optiwave軟件工具用于元件層面的集成和光纖光學(xué)：OptiAmplifier，OptiBPM，OptiGrating，和OptiFiber。3 混合信號表示（Mi

52、xed signal representation）OptiSystem為元件庫里光信號和電信號處理混合信號方程。OptiSystem采用與模擬精度和效率有關(guān)的適當(dāng)?shù)臄?shù)值方法計算信號。4 品質(zhì)和性能運(yùn)算法則為預(yù)測系統(tǒng)的性能，OptiSystem對部信號干涉和噪聲限制的系統(tǒng)采取數(shù)值分析或者半分析技術(shù)計算參數(shù)如BER和Q因子。5 先進(jìn)的查看工具（Advanced visualization tools）先進(jìn)的查看工具產(chǎn)生OSA光譜、信號啁啾、眼圖、偏振態(tài)、星形圖等等。還包括WDM分析工具列出信號功率、增益、噪聲圖、以與每個信道的OSNR。6 數(shù)據(jù)監(jiān)視（Data monitors）你可以選擇元件端口

53、用于保存數(shù)據(jù)，還可以在模擬終端粘貼監(jiān)視器（monitors）。這允許在模擬后處理數(shù)據(jù)而不需要重新計算。你可以連接任意數(shù)目的觀察器到同一個端口的監(jiān)視器上。7 用子系統(tǒng)分等級模擬（Hierarchical simulation with subsystems）為使模擬工具更加靈活高效，有必要提供在不同層面的模擬，包括系統(tǒng)、子系統(tǒng)和元件層面。OptiSystem表現(xiàn)了在元件和系統(tǒng)上真正的分等級定義。使你能夠采用特定的集成光纖光學(xué)軟件工具在元件層面上，可以模擬希望的精度標(biāo)準(zhǔn)。8 強(qiáng)大的腳本語言（Powerful Script language）你可以輸入算數(shù)表達(dá)式作為參數(shù)和創(chuàng)建全局參數(shù)（采用VB Sc

54、ript語言可以在元件和系統(tǒng)中進(jìn)行共享）。在使用腳本頁（script page ）時腳本語言可以操作和控制OptiSystem，包括計算、Layout創(chuàng)建和數(shù)據(jù)處理。9 計算數(shù)據(jù)流實(shí)時查看（State-of-the-art calculation data-flow）計算流程列表通過決定元件模型（根據(jù)選擇的數(shù)據(jù)流模型）的執(zhí)行系數(shù)來控制模擬。主要工作于傳輸層模擬的數(shù)據(jù)流模型是元件迭代數(shù)據(jù)流（CIDF）。CIDF主要采用運(yùn)行時間進(jìn)程表、支持條件、數(shù)據(jù)依賴迭代、和真實(shí)遞歸。10 報告頁面（Report page）一個用戶定制的報告頁面允許顯示在設(shè)計中的設(shè)定的任何參數(shù)和可用結(jié)果。產(chǎn)生的結(jié)果可以被表示為

55、大小可調(diào)、可以移動的電子列表、文本、2D和3D圖形。它同時包含HTML輸出和帶預(yù)先格式化的報告面板的模版。11 材料清單（Bill of materials）OptiSystem提供被設(shè)計、安裝的系統(tǒng)的成本分析表。成本數(shù)據(jù)可以輸出到其它軟件或電子表格中。12 多設(shè)計版面（multiple layouts）你可以在同一個項目文件（project file）中創(chuàng)建多個設(shè)計，這使得創(chuàng)建和修改變得快速而高效。每一個OptiSystem項目文件（project file）中都可以包含多個設(shè)計。設(shè)計可以被獨(dú)立地計算和修改，但是計算結(jié)果可以在不同設(shè)計間交叉結(jié)合，允許進(jìn)行比較。13 Optisystem的新特

56、征新版本的OptiSystem在基于FTTx的無源光網(wǎng)絡(luò)（PON）、光無線通信（OWC）、和光纖廣播系統(tǒng)（ROF）方面的設(shè)計得到了一系列的加強(qiáng)。14 雙向AWG（Bi-Directional AWG）新特征加強(qiáng)了OptiSystem獨(dú)特的雙向能力，使PONs的AWG的設(shè)計更加容易。15 微波元件（Microwave Components）新的成熟的元件庫里包括180度到90度的混合耦合器，DC阻斷器，功率分束和結(jié)合器。一個理想的ROF模擬應(yīng)用解決方案。16 光纖和放大器（Optical Fibers and Amplifiers）一個新的離散化參數(shù)用于寬帶采用信號，為摻雜放大器增益和布里淵計算

57、提供了更好的性能、精度和收斂。四波混頻、布里淵散射模擬、自相位調(diào)制、交叉相位調(diào)制、和拉曼散射模擬都包含在OptiSystem的光纖模型中。17 自由空間光學(xué)（FSO）新特征可以模擬復(fù)雜衛(wèi)星間的通信連接。18 星座和極線圖（Constellation and Polar Diagrams）一個新的OptiSystem中的計算引擎用于估計用戶定義區(qū)域和對象的誤碼。先進(jìn)分析工具組（Advanced Analysis Toolsets）光子全參數(shù)分析器同時測量偏振模散射（PMD）和記錄多路徑。這一全面的新特征可以測量插入損耗（IL）、差分群速延遲（DGD）、偏振色散（PDC），消偏率，散射，散射斜度，和群延遲（GD）。19 S參數(shù)提取（S-Parameter Extractor）從光發(fā)射器到接收器的信號特征可以被提取并輸出為工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)格式S參數(shù)，有益于EDA工具提供綜合S參數(shù)支持，這大大縮短了設(shè)計周期。4 摻鉺光纖放大器的工作原理與放大分析4.1摻鉺光纖放大器的介紹石英光纖摻稀土元素(如Nd、Er、Pr、Tm等)后可構(gòu)成多能級的激光系統(tǒng)，在泵浦光作用下使輸入信號光直接放大。提供合適的反饋后則構(gòu)成光纖激光器。摻Nd光纖放大器的工作波長為1060nm與1330nm，由于偏離光纖通信最佳宿口與其他一些原因，其發(fā)展與應(yīng)用受到限制。EDFA與PDFA的工作波長分別處